WO2025257973A1 - 強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイス - Google Patents

強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイス

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static eliminator
ferroelectric device
charge
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晃次 圓佛
真志 阿部
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NTT Inc USA
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NTT Inc USA
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect

Definitions

  • This disclosure relates to a ferroelectric device assembly apparatus and a ferroelectric device, and in particular to a ferroelectric device assembly apparatus and a ferroelectric device that use a thermosetting adhesive in the assembly process.
  • Ferroelectric materials have spontaneous polarization, which can be reversed by an external electric field, and have a high nonlinear optical coefficient under certain conditions. Due to these properties, ferroelectric materials are used in a variety of electronic devices. Ferroelectric devices refer to electronic devices that use ferroelectric materials. Here, we will explain the assembly of ferroelectric devices using a wavelength conversion element as an example.
  • Optical waveguides using periodically poled lithium niobate which have traditionally been used in wavelength conversion devices, are wavelength conversion elements that can achieve high optical wavelength conversion efficiency by increasing the optical intensity through the use of optical waveguides and utilizing quasi-phase matching technology. For this reason, optical waveguides using PPLN are attracting attention as devices that will play an important role in the fields of next-generation optical fiber communications and quantum computers.
  • Optical waveguides using PPLN are used as parametric amplification elements and pump light generation elements that make up phase-sensitive amplifiers (PSAs) capable of low-noise optical amplification, achieving high-gain, low-noise optical amplification characteristics.
  • PSAs phase-sensitive amplifiers
  • wavelength conversion elements There are also several known methods for fabricating optical elements (hereafter referred to as wavelength conversion elements) that use quasi-phase matching technology to perform wavelength conversion. For example, one method involves giving a periodically poled structure to a crystal substrate that exhibits a nonlinear optical effect (hereafter referred to as a nonlinear optical crystal), and then using this periodically poled structure to fabricate a proton exchange waveguide. Another example is a similar method of giving a periodically poled structure to a nonlinear optical crystal substrate, and then using photolithography and dry etching processes to fabricate a ridge-type optical waveguide.
  • Patent Document 1 discloses an example of fabricating a ridge-type optical waveguide.
  • Patent Document 1 describes fabricating a wavelength conversion element by bonding, with an adhesive, a first substrate made of a nonlinear optical crystal having a periodically poled structure to a second substrate having a refractive index lower than that of the first substrate, in order to improve the light confinement effect of the ridge-type optical waveguide.
  • Patent Document 1 also describes using the same type of nonlinear optical crystal as the first substrate as the second substrate, and applying heat to the first and second substrates to diffusion bond them, in order to avoid cracks caused by deterioration of the adhesive or temperature changes.
  • the assembly process for a wavelength conversion module includes bonding the wavelength conversion element to a support member with an adhesive, and then bonding the support member to a temperature control element with the adhesive.
  • the adhesive is a thermosetting resin, and to harden it, the wavelength conversion module, support member, and temperature control element are placed on a heating plate and heated.
  • the ferroelectric wavelength conversion module has pyroelectric properties, and can become charged and discharged due to temperature fluctuations, resulting in damage. For this reason, the adhesive is hardened while being neutralized using a static eliminator.
  • the static eliminator neutralizes static electricity by, for example, blowing air containing ions generated by causing a corona discharge in a discharge needle onto the wavelength conversion element.
  • the problem with using air blown by a static eliminator is that it cools the support member and the wavelength conversion element attached to it.
  • the adhesive between the support member and wavelength conversion element, or the adhesive between the support member and temperature control element is unlikely to rise to its hardening temperature due to the air blown, making it necessary to raise the set temperature of the heating plate above the hardening temperature of the adhesive.
  • the present disclosure has been made in light of these points, and aims to provide a ferroelectric device assembly apparatus and a ferroelectric device that can maintain the curing temperature of the adhesive when bonding a ferroelectric device while discharging the device.
  • one embodiment of the ferroelectric device assembly apparatus disclosed herein is a ferroelectric device assembly apparatus that uses a thermosetting adhesive to assemble a ferroelectric device including a ferroelectric element formed from a ferroelectric material, and is equipped with a heating device that hardens the thermosetting adhesive and a static eliminator that neutralizes charge generated by heating by the heating device, and at least one of the heating device and the static eliminator includes a temperature maintenance mechanism that maintains the temperature of the ferroelectric element while static is being eliminated by the static eliminator.
  • one embodiment of the ferroelectric device disclosed herein is a ferroelectric device that includes a ferroelectric element, and is assembled by a ferroelectric device assembly apparatus that includes a heating device that cures a thermosetting adhesive that bonds a ferroelectric element, and a static eliminator that neutralizes the charge of the ferroelectric element heated by the heating device, wherein the static eliminator is an ultraviolet light irradiation type or a soft X-ray irradiation type static eliminator, and the ferroelectric element includes a shielding film that blocks ultraviolet light or soft X-rays between the adhesive and the static eliminator.
  • the above configuration makes it possible to provide a ferroelectric device assembly apparatus and a ferroelectric device that adheres ferroelectric devices while removing static electricity, prevents damage to the temperature control element, and does not increase the assembly time.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a basic configuration of a wavelength conversion module.
  • 1 is a schematic diagram for explaining an assembly device for a wavelength conversion module according to a first embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an assembly device for a wavelength conversion module according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an assembly device for a wavelength conversion module according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an assembly device for a wavelength conversion module according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an assembly device for a wavelength conversion module as a comparative example.
  • [First embodiment] 1 is a perspective view of a wavelength conversion module 20 (ferroelectric device) for explaining the basic configuration of the wavelength conversion module 20.
  • the wavelength conversion module 20 includes a wavelength conversion device 10 and a metal housing 303 that houses the wavelength conversion device 10.
  • the wavelength conversion device 10 includes a wavelength conversion element 304 (ferroelectric element), a multiplexer 14, a demultiplexer 15, a support member 305, and a temperature control element 306.
  • the wavelength conversion element 304 generates difference frequency light 1c between signal light 1a and control light 1b and performs wavelength conversion using quasi-phase matching (hereinafter referred to as QPM) technology.
  • QPM quasi-phase matching
  • the core material of the waveguide of the wavelength conversion element 304 includes at least one of LiNbO3 (lithium niobate), KNbO3 (potassium niobate), LiTaO3 (lithium tantalate), LiNb(x)Ta( 1-x ) O3 (0 ⁇ x ⁇ 1) (non-stoichiometric lithium tantalate), or KTiOPO4 (potassium titanyl phosphate), and further contains at least one selected from Mg (magnesium), Zn (zinc), Sc (scandium), or In (indium) as an additive.
  • low-intensity signal light 1a and high-intensity control light 1b enter the multiplexer 14 and are multiplexed.
  • the signal light 1a multiplexed with the control light 1b travels toward the wavelength conversion element 304 and enters one end of an optical waveguide core 11 having a periodically poled structure disposed on a substrate 12.
  • the signal light 1a passes through the optical waveguide core 11, it is converted by a nonlinear optical effect into difference frequency light 1c of a different wavelength from the signal light 1a, and is emitted from the other end of the optical waveguide core 11 together with the control light 1b.
  • the difference frequency light 1c and control light 1b emitted from the optical waveguide core 11 enter the demultiplexer 15 and are separated from each other.
  • the metal housing 303 houses the wavelength conversion device 10 and prevents its characteristics from deteriorating due to changes in the operating environment when the wavelength conversion device 10 is put into practical use.
  • the metal housing 303 has an input port 200 and an output port 201 that allow light to be input and output, and houses the wavelength conversion element 304 along with the multiplexer 14 and demultiplexer 15.
  • the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element 304 is temperature dependent, and maximizing this wavelength conversion efficiency requires controlling the temperature of the wavelength conversion element 304.
  • the wavelength conversion device 10 also houses a temperature control element 306 inside the metal housing 303.
  • a support member 305 is provided between the wavelength conversion element 304 and the temperature control element 306.
  • the support member 305 is a metal member that uniformly controls the temperature of the entire wavelength conversion element 304, including the optical waveguide core 11 and substrate 12.
  • the temperature control element 306 is interposed between the support member 305 and the bottom surface of the metal housing 303.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an assembly apparatus 400 for the wavelength conversion module 20 of the first embodiment, showing a side view of the assembly apparatus 400. Note that the multiplexer 14 and demultiplexer 15 shown in FIG. 1 are not shown in FIG. 2 .
  • the assembly apparatus 400 includes a heating plate 301 for heating a wavelength conversion element 304, a support member 305, and a temperature control element 306 housed in a metal housing 303, and a static eliminator 402 for eliminating static electricity from the wavelength conversion element 304.
  • the metal housing 303 is bonded to the temperature control element 306.
  • the wavelength conversion element 304 is also bonded to the support member 305.
  • the static eliminator 402 in this configuration is an ultraviolet ray irradiation type or soft X-ray irradiation type static eliminator, and functions as a temperature maintaining mechanism that maintains the temperature of the wavelength conversion element 304 .
  • the wavelength conversion module inside the metal housing 303 is heated by the heating plate 301 to harden the adhesive. In the first embodiment, this is done while the wavelength conversion element 304 is irradiated with ultraviolet light (deep UV) or soft X-rays by the static eliminator 402. In this way, the first embodiment eliminates pyroelectricity in the wavelength conversion element 304 that occurs when the wavelength conversion element 304 is heated.
  • the static eliminator 402 when the static eliminator 402 is a deep UV irradiation type static eliminator, the light 407 emitted from the static eliminator 402 is deep UV light with a wavelength of 200 nm or less. Electrons are emitted from the surface of the wavelength conversion element 304 irradiated with deep UV light, and the emitted electrons collide with oxygen and nitrogen in the environment to generate ions. The emitted electrons and generated ions neutralize static electricity and eliminate the pyroelectric wavelength conversion element 304. With a deep UV irradiation type static eliminator, the wavelength conversion element 304 can be neutralized by light irradiation without using air flow, preventing a drop in the temperatures of the wavelength conversion element 304 and heating plate 301 and maintaining the heating temperature.
  • the static eliminator 402 may be a soft X-ray irradiation type static eliminator.
  • the light 407 emitted from the static eliminator 402 is X-rays with a wavelength in the range of approximately 0.1 nm to 10 nm.
  • oxygen and nitrogen in the air are ionized, generating positive ions and free electrons that neutralize the charge accumulated in the wavelength conversion element 304.
  • the soft X-rays also act on the surface of the wavelength conversion element 304, and can directly discharge the charge accumulated on the surface.
  • soft X-ray irradiation can eliminate static from the wavelength conversion element 304 without using air flow, thereby preventing a decrease in the temperatures of the wavelength conversion element 304 and the heating plate 301 and maintaining the heating temperature.
  • the static eliminator 402 is a soft X-ray irradiation type static eliminator
  • the assembly device 400 include a soft X-ray shielding plate 401 that shields the static eliminator 402 from the wavelength conversion module.
  • the first embodiment air is not blown directly onto the wavelength conversion element 304 or the heating plate 301, so the temperatures of the wavelength conversion element 304 and the heating plate 301 do not drop.
  • the heating plate 301 does not reach a temperature higher than that required for thermal curing of the adhesive, preventing exposure to temperatures high enough to damage the temperature control element 306.
  • the first embodiment can maintain the temperatures of the wavelength conversion element 304 and the heating plate 301 at a temperature that will not damage the temperature control element 306, the time required for curing the adhesive does not increase. Therefore, the first embodiment can provide a wavelength conversion module assembly device that bonds wavelength conversion modules while removing static electricity, prevents damage to the temperature control element, and does not increase assembly time.
  • Second Embodiment 3 is a schematic diagram for explaining an assembly apparatus 500 for the wavelength conversion module 20 of the second embodiment, showing a side view of the assembly apparatus 500.
  • the wavelength conversion element 304 bonded to the support member 305 is also bonded to the metal housing 303 via the temperature control element 306 with a thermosetting adhesive.
  • the static eliminator 302 of the assembly apparatus is a corona discharge type static eliminator that emits air 307 containing corona toward the wavelength conversion element 304.
  • the assembly device 500 of the second embodiment is equipped with a heating furnace 501 instead of the heating plate 301 shown in Figure 2.
  • the heating furnace 501 functions as a temperature maintenance mechanism.
  • the heating furnace 501 heats the entire wavelength conversion element 304, so the temperature distribution of the wavelength conversion element 304 can be made uniform without relying on air blowing from the corona discharge type static eliminator 302. Furthermore, even if the temperature of the wavelength conversion element 304 drops due to air blowing, the heating temperature of the heating furnace 501 can be increased to maintain the temperature of the wavelength conversion element 304.
  • the temperature control element 306 can be positioned at a sufficient distance from the heating furnace 501, it is possible to prevent the temperature control element from being exposed to high temperatures and being damaged.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an assembly apparatus 600 for an assembly of a wavelength conversion module 20 according to a third embodiment, showing a side view of the assembly apparatus 600.
  • the wavelength conversion element 304 bonded to the support member 305 is bonded to the metal housing 303 via the temperature control element 306 with a thermosetting adhesive.
  • the static eliminator 402 is a deep UV irradiation type or soft X-ray irradiation type static eliminator.
  • the deep UV irradiation type or soft X-ray irradiation type static eliminator 402 functions as a temperature maintenance mechanism.
  • the wavelength conversion element 304 can be neutralized by irradiating it with the minimum necessary amount of deep UV light or soft X-rays.
  • the third embodiment includes an electrometer 603, which is a pyroelectric monitor that monitors the amount of charge caused by pyroelectricity in the wavelength conversion element 304, and a static eliminator control device 604, which is a static eliminator control unit that controls the timing of static elimination by the static eliminator 402 based on the amount of charge observed by the electrometer 603.
  • the static eliminator control device 604 may, for example, send a control signal to the static eliminator control device 604 when the amount of charge on the wavelength conversion element 304 reaches a predetermined threshold, thereby driving the static eliminator 402.
  • the electrometer 603 can be realized by devices such as an electrometer, electrostatic voltmeter, field meter, Hall effect measurement system, charge plate monitor (CPM), or Kelvin probe.
  • devices such as an electrometer, electrostatic voltmeter, field meter, Hall effect measurement system, charge plate monitor (CPM), or Kelvin probe.
  • the inventors have confirmed that the wavelength conversion module assembled by the assembly device 600 has high reliability, with the wavelength conversion element 304 not coming off the support member 305.
  • [Fourth embodiment] (wavelength conversion module) 5 is a diagram for explaining a wavelength conversion element 704 according to the fourth embodiment, showing a side view of the assembly apparatus 700.
  • the static eliminator 402 is a deep UV irradiation type or soft X-ray irradiation type static eliminator.
  • the deep UV irradiation type or soft X-ray irradiation type static eliminator 402 functions as a temperature maintaining mechanism, as in the first embodiment.
  • the wavelength conversion element 704 is provided with a shielding film 701 that blocks ultraviolet light (deep UV) or soft X-rays on the back surface of the wavelength conversion element 304 (the surface on which the adhesive is applied).
  • the shielding film 701 may be a metal plating film containing at least one of lead, copper, iron, and aluminum.
  • the word “comprises” may refer to an alloy containing at least two of lead, copper, iron, and aluminum, or an alloy of at least one of lead, copper, iron, and aluminum with another material.
  • the shielding film 701 does not have to be provided on the back surface of the wavelength conversion element 704, as long as it is located in a position that prevents the adhesive from being irradiated with deep UV light or soft X-rays. Therefore, the shielding film 701 may be located between the static eliminator 402 and the adhesive.
  • the inventors have confirmed that the wavelength conversion module assembled using the assembly device 600 has high reliability, with the wavelength conversion element 704 not coming off the support member 305.
  • the first to fourth embodiments have been described using a wavelength conversion module as an example of a ferroelectric device including a ferroelectric element.
  • the first to fourth embodiments do not limit the ferroelectric element to a wavelength conversion element, and may be any ferroelectric device formed by bonding another member using a thermosetting resin as an adhesive.
  • the ferroelectric element may be made of, for example, barium titanate (BaTiO3) or zirconium oxide titanium (PZT: Lead Zirconate Titanate).
  • Examples of other ferroelectric elements include ferroelectric memories, ferroelectric capacitors, piezoelectric elements, and ferroelectric tunnel junctions.
  • a ferroelectric device may be one in which such a ferroelectric element is assembled together with other components necessary to perform its function.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an assembly apparatus 300 for a wavelength conversion module of the comparative example.
  • the static eliminator 302 is a corona discharge type static eliminator.
  • the corona discharge type static eliminator 302 blows air containing ions onto the wavelength conversion element 304. This blown air cools the wavelength conversion element 304 and the support member 305. Therefore, the configuration of the comparative example has a problem in that the adhesive that fixes the support member 305 and the temperature control element 306 does not sufficiently harden even when the temperature of the heating plate 301 is set to the hardening temperature of the adhesive.
  • a wavelength conversion module assembled using the assembly device 300 of the comparative example may be damaged if the temperature of the temperature control element 306 close to the heating plate 301 exceeds its heat resistance temperature. Furthermore, wavelength conversion modules assembled using the assembly device 300 have the problem that if the adhesive is cured at low temperatures, the curing time is long, resulting in a long module assembly time. According to embodiments 1 to 4 of the present disclosure, the problems of the assembly device 300 of the comparative example can be resolved, damage to the wavelength modulation element can be prevented, and the yield of wavelength conversion modules can be improved. Furthermore, an increase in assembly time can be avoided, and a decrease in assembly efficiency can also be avoided.
  • Wavelength conversion device 1a Signal light 1b Control light 1c Difference frequency light 10 Wavelength conversion device 11 Optical waveguide core 12 Substrate 14 Multiplexer 15 Demultiplexer 20 Wavelength conversion module 29 Metal housing 200 Input port 201 Output port 300, 400, 500, 600, 700 Assembly device 301 Heating plate 302, 402 Static eliminator 303 Metal housing 304, 704 Wavelength conversion element 305 Support member 306 Temperature control element 307 Air 401 X-ray shielding plate 407 Light 501 Heating furnace 603 Electrometer 604 Static eliminator control device 701 Shielding film

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Abstract

本願は、強誘電体デバイスを除電しながら接着する際に、接着剤の硬化温度を維持することが可能な強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイスを提供することを目的とする。　強誘電体素子（３０４）を含む強誘電体デバイス（２０）を熱硬化型接着剤を用いて組み立てる強誘電体デバイス組立装置（４００）を、熱硬化型接着剤を硬化させる加熱装置（３０１）と、加熱装置（３０１）による加熱によって発生する帯電を中和する除電器（４０２）と、によって構成し、加熱装置（３０１）及び除電器（４０２）の少なくとも一方が、除電器（４０２）による除電中、強誘電体素子（３０４）の温度を維持する温度維持機構を含むように構成する。

Description

強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイス
　本開示は、強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイスに関し、特に、組立工程において熱硬化型の接着剤を使用する、強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイスに関する。
　強誘電体材料は、自発分極を持ち、分極が外部電場により反転でき、特定の条件で高い非線形光学係数を持つ。このような特性により、強誘電体材料は、様々な電子デバイスに使用されている。強誘電体デバイスは、強誘電体材料を使った電子デバイスを指す。ここで、強誘電体デバイスの組立について、波長変換素子を例に挙げて説明する。
　従来、波長変換装置に用いられる周期分極反転ニオブ酸リチウム（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ、以下、ＰＰＬＮという）を利用した光導波路は、光導波路とすることによる光強度の増大化及び疑似位相整合技術の利用により、高い光波長変換効率を実現可能な波長変換素子である。そのため、ＰＰＬＮを利用した光導波路は、次世代光ファイバ通信分野や量子コンピュータの分野で重要な役割を担うデバイスとして注目されている。
　ＰＰＬＮを利用した光導波路は、低雑音な光増幅が可能な位相感応増幅器（ＰＳＡ）を構成するパラメトリック増幅素子及び励起光発生素子として使用されており、高利得・低雑音な光増幅特性が実現されている。また量子コンピューティングの分野においては、ＰＰＬＮを利用した光導波路をファイバリング共振器内に挿入しパラメトリック発振素子として使用することで、従来の計算機に比べて極めて高速に大容量の計算を実証した報告がされている。これらの技術の更なる高性能化のためには、より高い波長変換効率を有する波長変換装置を実現することが重要となっている。
　また、擬似位相整合技術を利用して波長変換を行う光学素子（以下、波長変換素子という）を作製する方法もいくつか知られている。例えば、非線形光学効果を発現させる結晶（以下、非線形光学結晶という）基板を周期分極反転構造とした後に、その周期分極反転構造を用いてプロトン交換導波路を作製する方法である。また例えば、同様に、非線形光学結晶基板を周期分極反転構造とした後に、フォトリソグラフィプロセス及びドライエッチングプロセスを利用してリッジ型光導波路を作製する方法である。
　特許文献１には、これらのうちリッジ型光導波路を作製する例が開示されている。特許文献１には、リッジ型光導波路において、光の閉じ込め効果を向上させるため、周期分極反転構造を有する非線形光学結晶の第１の基板とその第１の基板の屈折率より小さい屈折率を有する第２の基板とを、接着剤によって貼り合わせて波長変換素子を作製することが記載されている。そして、特許文献１には、接着剤の劣化や温度変化によるクラックを回避するために、第１の基板と同種の非線形光学結晶を第２の基板として使用し、第１の基板と第２の基板とに熱を加えて拡散接合させることが記載されている。
特許第３７５３２３６号公報
　このように、波長変換モジュールの組立工程は、波長変換素子を支持部材と接着剤で貼り合わせ、さらに支持部材を温調素子に接着剤で貼り合わせる工程を含む。接着剤は熱硬化性の樹脂であり、硬化のために波長変換モジュール、支持部材及び温調素子は、加熱板に乗せられて加熱される。このとき、強誘電体の波長変換モジュールは、焦電性を有し、温度の上げ下げにより帯電、放電して破損することがある。このため、接着剤の硬化は、除電器で除電しながら行われる。除電器は、例えば、放電針にコロナ放電を起こすことにより生成されるイオンを含んだ空気を波長変換素子に送風して除電を行う。
　しかしながら、除電器による送風は、支持部材とこれに貼り合わせられた波長変換素子を冷却することが問題となる。すなわち、支持部材と波長変換素子、あるいは支持部材と温調素子との接着剤が送風により硬化温度まで上昇し難くなり、加熱板の設定温度を接着剤の硬化温度以上に高める必要が生じる。
　本開示は、このような点に鑑みてなされたものであり、強誘電体デバイスを除電しながら接着する際に、接着剤の硬化温度を維持することが可能な強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイスを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本開示の一形態の強誘電体デバイス組立装置は、強誘電体材料によって形成される強誘電体素子を含む強誘電体デバイスを、熱硬化型接着剤を用いて組み立てる強誘電体デバイス組立装置であって、前記熱硬化型接着剤を硬化させる加熱装置と、前記加熱装置による加熱によって発生する帯電を中和する除電器と、を備え、前記加熱装置及び前記除電器の少なくとも一方は、前記除電器による除電中、前記強誘電体素子の温度を維持する温度維持機構を含む。
　また、本開示の一形態の強誘電体デバイスは、強誘電体素子を接着する熱硬化型の接着剤を硬化させる加熱装置と、前記加熱装置によって加熱される前記強誘電体素子の帯電を中和する除電器と、を備える強誘電体デバイス組立装置によって組立てられ、前記強誘電体素子を含む強誘電体デバイスであって、前記除電器は、紫外線照射型、または軟Ｘ線照射型の除電器であり、前記強誘電体素子は、前記接着剤と前記除電器との間に、紫外線光または軟Ｘ線を遮蔽する遮蔽膜を備える。
　以上の形態によれば、強誘電体デバイスを除電しながら接着し、温調素子の破損を防ぎ、さらに組立時間が長時間化することがない強誘電体デバイス組立装置及び強誘電体デバイスを提供することができる。
波長変換モジュールの基本的な構成を説明するための斜視図である。 第１の実施形態の波長変換モジュールの組立装置を説明するための模式図である。 第２の実施形態の波長変換モジュールの組立装置を説明するための模式図である。 第３の実施形態の波長変換モジュールの組立装置を説明するための模式図である。 第４の実施形態の波長変換モジュールの組立装置を説明するための模式図である。 比較例となる波長変換モジュールの組立装置を説明するための模式図である。
　以下、本開示の第１の実施形態から第４の実施形態を図面を用いて説明する。本実施形態に用いる図面は、本開示の構成、各部の配置、作用、効果、機能及び技術思想を説明するための図であって、本実施形態で示す構成のサイズや縦横比、具体的な形状を限定するものではなく、本実施形態を例示している。
［第１の実施形態］
　図１は、波長変換モジュール２０（強誘電体デバイス）の基本的な構成を説明するための図であって、波長変換モジュール２０の斜視図である。波長変換モジュール２０は、波長変換装置１０と、波長変換装置１０を収容する金属筐体３０３と、を含む。波長変換装置１０は、波長変換素子３０４（強誘電体素子）、合波器１４、分波器１５、支持部材３０５、温調素子３０６を含む。波長変換素子３０４は、擬似位相整合（Ｑｕａｓｉ－Ｐｈａｓｅ－Ｍａｔｃｈｅｄ、以下、ＱＰＭと記す）技術により、信号光１ａと制御光１ｂの差周波光１ｃを発生させ波長変換を行っている。
　波長変換素子３０４の導波路のコア材料は、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、ＫＮｂＯ3（ニオブ酸カリウム）、ＬｉＴａＯ3（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（1-x）Ｏ3（０≦ｘ≦１）（不定比組成のタンタル酸リチウム）、またはＫＴｉＯＰＯ4（チタン酸リン酸カリウム）の少なくとも１つを含み、さらに、それらにＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｃ（スカンジウム）、またはＩｎ（インジウム）から選択される少なくとも１つを添加物として含有している、
　図１に示すように、波長変換装置１０では、光強度が低い信号光１ａと光強度の高い制御光１ｂが、合波器１４に入射し合波される。制御光１ｂと合波した信号光１ａは、波長変換素子３０４に向かって進行し、基板１２の上に配置された周期分極反転構造を有する光導波路コア１１の一方の端に入射する。信号光１ａは、光導波路コア１１の中を通過する時に非線形光学効果によって信号光１ａと異なる波長の差周波光１ｃへと変換され、制御光１ｂと共に光導波路コア１１の他方の端から出射される。光導波路コア１１から出射した差周波光１ｃと制御光１ｂとは、分波器１５に入射し互いに分離される。
　金属筐体３０３は、波長変換装置１０を収納し、波長変換装置１０の実用にあたって使用環境の変化により特性が劣化することを防ぐ。金属筐体３０３は、光の入出力が可能な入力ポート２００、出力ポート２０１を備え、合波器１４及び分波器１５と共に波長変換素子３０４を収納する。特に波長変換素子３０４の波長変換効率は、温度依存性を有しており、その波長変換効率を最大化するためは波長変換素子３０４の温度を制御することが必要である。そのため波長変換装置１０は、金属筐体３０３の内部にさらに温調素子３０６を収納している。波長変換素子３０４と温調素子３０６との間には、支持部材３０５が設けられる。支持部材３０５は、光導波路コア１１及び基板１２を含む波長変換素子３０４の全体の温度を均一に制御するための金属部材である。温調素子３０６は、支持部材３０５と金属筐体３０３の底面との間に介挿されている。
　（波長変換モジュール組立装置）
　図２は、第１の実施形態の波長変換モジュール２０の組立装置４００を説明するための模式図であって、組立装置４００の側面を示している。なお、図２においては、図１に示した合波器１４及び分波器１５の図示を略している。組立装置４００は、金属筐体３０３に収容された波長変換素子３０４、支持部材３０５、温調素子３０６を加熱する加熱板３０１、波長変換素子３０４を除電する除電器４０２を含む。組立装置４００においては、金属筐体３０３が温調素子３０６と接着される。また、波長変換素子３０４は、支持部材３０５と接着される。この後、支持部材３０５と温調素子３０６とを接着剤で接着することにより、波長変換素子３０４、支持部材３０５、温調素子３０６が金属筐体３０３に直接、または間接的に接着される。第１の実施形態は、このような構成のうち、除電器４０２を紫外線照射型あるいは軟Ｘ線照射型の除電器とし、波長変換素子３０４の温度を維持する温度維持機構として機能する。
　接着剤の硬化にあたり、第１の実施形態は、加熱板３０１により金属筐体３０３内の波長変換モジュールを加熱する。第1の実施形態は、除電器４０２により、紫外線（ディープＵＶ）または軟Ｘ線を波長変換素子３０４に照射しながら行われる。これにより、第１の実施形態は、波長変換素子３０４を加熱することによって生じる波長変換素子３０４の焦電を除電している。
　第１の実施形態では、除電器４０２がディープＵＶ照射型の除電器である場合、除電器４０２から放射される光４０７は、波長が２００ｎｍ以下のディープＵＶ光である。ディープＵＶ光が照射された波長変換素子３０４の表面から電子が放出され、放出された電子は環境中の酸素や窒素と衝突してイオンを発生する。放出された電子、発生したイオンは、静電気を中和して、焦電した波長変換素子３０４を除電する。ディープＵＶ照射型の除電器によれば、光照射により、空気の流れを使うことなく波長変換素子３０４を除電することができるので、波長変換素子３０４及び加熱板３０１の温度の低下を防ぎ、加熱温度を維持することができる。
　また、除電器４０２は、軟Ｘ線照射型の除電器であってもよい。除電器４０２が軟Ｘ線照射型の除電器である場合、除電器４０２から放射される光４０７は、波長が凡そ０．１ｎｍから１０ｎｍの範囲のＸ線である。軟Ｘ線を環境中に照射すると、空気中の酸素や窒素がイオン化し、正イオンと自由電子が生成されて、波長変換素子３０４に蓄積した電荷を中和する。また、軟Ｘ線は、波長変換素子３０４の表面にも作用し、表面に蓄積された電荷を直接放電させることもできる。軟Ｘ線の照射は、ディープＵＶ光と同様に、空気の流れを使うことなく波長変換素子３０４を除電することができるので、波長変換素子３０４及び加熱板３０１の温度の低下を防ぎ、加熱温度を維持することができる。
　ただし、除電器４０２を軟Ｘ線照射型の除電器とする場合、組立装置４００は、除電器４０２と波長変換モジュールとを遮蔽する軟Ｘ線遮蔽版４０１を含むことが好ましい。
　以上説明したように、第１の実施形態は、波長変換素子３０４、あるいは加熱板３０１に直接風を当てることがないため、波長変換素子３０４、加熱板３０１の温度が低下させることがない。このような第１の実施形態によれば、加熱板３０１は接着剤の熱硬化に必要な以上の温度にまで高温にならず、温調素子３０６が破損するような高温に晒されることを防いでいる。また、第１の実施形態は、波長変換素子３０４、加熱板３０１の温度を温調素子３０６が破損しない温度に維持することができるので、接着剤の硬化にかかる時間が長時間化することもない。したがって、第１の実施形態は、波長変換モジュールを除電しながら接着し、温調素子の破損を防ぎ、さらに組立時間が長時間化することがない波長変換モジュール組立装置を提供することができる。
［第２の実施形態］
　図３は、第２の実施形態の波長変換モジュール２０の組立装置５００を説明するための模式図であって、組立装置５００の側面を示している。図３において、図２に示した構成と同様の構成を同様の符号で示し、その説明の一部を略す場合がある。第２の実施形態においても、支持部材３０５に接着された波長変換素子３０４は、温調素子３０６を介して金属筐体３０３に熱硬化型の接着剤で接着される。組立装置の除電器３０２はコロナを含む空気３０７を波長変換素子３０４に向けて放出するコロナ放電型の除電器である。
　第２の実施形態の組立装置５００は、図２に示した加熱板３０１に代えて、加熱炉５０１を備えている。第２の実施形態では、加熱炉５０１が、温度維持機構として機能する。加熱炉５０１は、波長変換素子３０４の全体を加熱するため、コロナ放電型の除電器３０２による送風に依らず、波長変換素子３０４も温度分布を一様にすることできる。また、送風によって波長変換素子３０４の温度が低下する場合であっても、加熱炉５０１の加熱温度を高め、波長変換素子３０４の温度を維持することができる。さらに、温調素子３０６は加熱炉５０１から十分な距離を持って配置できるので、温調素子が高温に晒されて破損することを防ぐことができる。
［第３の実施形態］
　図４は、第３の実施形態の波長変換モジュール２０の組立装置６００を説明するための模式図であって、組立装置６００の側面を示している。図４において、図２に示した構成と同様の構成を同様の符号で示し、その説明の一部を略す場合がある。第３の実施形態においても、支持部材３０５に接着された波長変換素子３０４は、温調素子３０６を介して金属筐体３０３に熱硬化型の接着剤で接着される。除電器４０２は、ディープＵＶ照射型、または軟Ｘ線照射型の除電器である。第３の実施形態は、第１の実施形態と同様に、ディープＵＶ照射型、または軟Ｘ線照射型の除電器４０２が温度維持機構として機能する。
　第３の実施形態においては、ディープＵＶ光、あるいは軟Ｘ線といった高エネルギーの光４０７が透明の波長変換素子３０４を透過し、支持部材３０５と波長変換素子３０４との間の接着剤（不図示）を劣化させることに着目した。そして、本開示の発明者らは、接着剤の劣化を防ぐためには、ディープＵＶ光、あるいは軟Ｘ線を必要最小限の照射量で照射し、波長変換素子３０４を除電することを見出した。
　このため、第３の実施形態は、図４に示すように、波長変換素子３０４の焦電による帯電量をモニタする焦電モニタである電位計６０３と、電位計６０３によって観測された帯電量に基づいて、除電器４０２による除電のタイミングを制御する除電制御部である除電器制御装置６０４と、を含む。除電器制御装置６０４は、例えば、波長変換素子３０４の帯電量が予め定められた閾値に達すると除電器制御装置６０４に制御信号を送信し、除電器４０２を駆動させるようにしてもよい。
　電位計６０３は、例えば、エレクトロメーター（Electrometer）、静電計（Electrostatic Voltmeter）、フィールドメーター（Field Meter）、ホール効果測定器（Hall Effect Measurement System）、チャージプレートモニター（Charge Plate Monitor, CPM）、ケルビンプローブ（Kelvin Probe）といった機器によって実現することができる。
　第３の実施形態によれば、本発明者らは、組立装置６００で組立てられた波長変換モジュールは、波長変換素子３０４が支持部材３０５から外れることがなく、高い信頼性を有することを確認した。 
［第４の実施形態］
　（波長変換モジュール）
　図５は、第４の実施形態の波長変換素子７０４を説明するための図であって、組立装置７００の側面を示している。図４において、図２に示した構成と同様の構成を同様の符号で示し、その説明の一部を略す場合がある。第４の実施形態において、除電器４０２はディープＵＶ照射型、または軟Ｘ線照射型の除電器である。第４の実施形態の組立装置７００においては、第１の実施形態と同様に、ディープＵＶ照射型、または軟Ｘ線照射型の除電器４０２が温度維持機構として機能する。
　波長変換素子７０４は、波長変換素子３０４の裏面（接着剤が塗布される側の面）に紫外線光（ディープＵＶ）または軟Ｘ線を遮蔽する遮蔽膜７０１を備えている。遮蔽膜７０１は、鉛、銅、鉄、アルミニウムの少なくともいずれか１つを含む金属メッキ膜であってもよい。ここで、「含む」の文言は、鉛、銅、鉄、アルミニウムの少なくとも２つを含む合金であってもよく、鉛、銅、鉄、アルミニウムの少なくとも１つと、他の材料との合金であってもよい。なお、遮蔽膜７０１は、波長変換素子７０４の裏面に設けることに限定されず、接着剤にディープＵＶ光、または軟Ｘ線が照射されることを防ぐ位置にあればよい。このため、遮蔽膜７０１は、除電器４０２と接着剤との間にあればよい。
　本発明者らは、組立装置６００で組立てられた波長変換モジュールは、波長変換素子７０４が支持部材３０５から外れることがなく、高い信頼性を有することを確認した。 
　以上説明したように、第１の実施形態から第４の実施形態は、強誘電体素子を含む強誘電体デバイスとして波長変換モジュールを例に挙げて説明した。しかし、第１の実施形態から第４の実施形態は、強誘電体素子を波長変換素子に限定するものでなく、接着剤に熱硬化性樹脂を用いて他の部材と貼り合わされて形成される強誘電体デバイスであればよい。強誘電体素子は、例えば、材料にチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）や酸化ジルコニウムチタン（ＰＺＴ： Lead Zirconate Titanate）等を用いるものであってもよい。他の強誘電体素子の例としては、例えば、強誘電体メモリ、強誘電体キャパシタ、圧電素子、強誘電体トンネル接合が挙げられる。強誘電体デバイスは、このような強誘電体素子を、機能を果たすことに必要な他の構成と合わせて組み立てられたものであればよい。
［比較例］
　次に、以上説明した第１の実施形態から第４の実施形態を。比較例と比較した結果を説明する。図６は、比較例の波長変換モジュールの組立装置３００を説明するための図である。組立装置３００は、除電器３０２が、コロナ放電型の除電器である。コロナ放電型の除電器３０２は、イオンを含んだ空気を波長変換素子３０４に送風する。この送風は、波長変換素子３０４及び支持部材３０５を冷却する。このため、比較例の構成は、加熱板３０１の温度を支持部材３０５と温調素子３０６とを固定する接着材の硬化温度に設定しても接着剤が十分硬化しないことが問題となる。
　比較例の組立装置３００を使って組み立てられた波長変換モジュールは、加熱板３０１に近い温調素子３０６の温度が耐熱温度を超えて破損することがある。また、組立装置３００を使って組み立てられた波長変換モジュールは、低温で接着剤を硬化させた場合、硬化時間が長くなってモジュール組み立て時間が長くなることが問題になる。本開示の実施形態１から実施形態４によれば、比較例の組立装置３００の問題を解消し、波長変調素子の破損を防いで波長変換モジュールの歩留まりを向上させることができる。また、組み立て時間の長時間化を回避し、組立効率の低下をも回避することができる。
１ａ　信号光
１ｂ　制御光
１ｃ　差周波光
１０　波長変換装置
１１　光導波路コア
１２　基板
１４　合波器
１５　分波器
２０　波長変換モジュール
２９　金属筐体
２００　入力ポート
２０１　出力ポート
３００，４００，５００，６００，７００　組立装置
３０１　加熱板
３０２，４０２　除電器
３０３　金属筐体
３０４，７０４　波長変換素子
３０５　支持部材
３０６　温調素子
３０７　空気
４０１　Ｘ線遮蔽版
４０７　光
５０１　加熱炉
６０３　電位計
６０４　除電器制御装置
７０１　遮蔽膜

Claims (9)

  1. 　強誘電体材料によって形成される強誘電体素子を含む強誘電体デバイスを、熱硬化型接着剤を用いて組み立てる強誘電体デバイス組立装置であって、
    　前記熱硬化型接着剤を硬化させる加熱装置と、
    　前記加熱装置による加熱によって発生する帯電を中和する除電器と、を備え、
    　前記加熱装置及び前記除電器の少なくとも一方は、前記除電器による除電中、前記強誘電体素子の温度を維持する温度維持機構を含む、強誘電体デバイス組立装置。
  2. 　前記温度維持機構は、紫外線照射型、または軟Ｘ線照射型の前記除電器である、請求項１に記載の強誘電体デバイス組立装置。
  3. 　前記温度維持機構は、前記強誘電体デバイスを収容する炉を含む、請求項１に記載の強誘電体デバイス組立装置。
  4. 　前記除電器は、コロナ放電型である、請求項３に記載の強誘電体デバイス組立装置。
  5. 　前記強誘電体素子の帯電量をモニタする帯電モニタと、当該帯電モニタによって観測された帯電量に基づいて、前記除電器による除電のタイミングを制御する除電制御部と、をさらに含む、請求項１に記載の強誘電体デバイス組立装置。
  6. 　強誘電体素子を接着する熱硬化型の接着剤を硬化させる加熱装置と、前記加熱装置によって加熱される前記強誘電体素子の帯電を中和する除電器と、を備える強誘電体デバイス組立装置によって組立てられ、前記強誘電体素子を含む強誘電体デバイスであって、
    　前記除電器は、紫外線照射型、または軟Ｘ線照射型の除電器であり、
    　前記強誘電体素子は、前記接着剤と前記除電器との間に、紫外線光または軟Ｘ線を遮蔽する遮蔽膜を備える、強誘電体デバイス。
  7. 　前記遮蔽膜は、鉛、銅、鉄、アルミニウムの少なくともいずれか１つを含む、請求項６に記載の強誘電体デバイス。
  8. 　前記強誘電体デバイスは、波長変換素子を含み、信号光が入力されたときに前記信号光の波長と異なる光を発生させる波長変換モジュールである、請求項６に記載の強誘電体デバイス。
  9. 　前記波長変換素子のコアは、ＬｉＮｂＯ3（ニオブ酸リチウム）、ＫＮｂＯ3（ニオブ酸カリウム）、ＬｉＴａＯ3（タンタル酸リチウム）、ＬｉＮｂ（ｘ）Ｔａ（1-x）Ｏ3（０≦ｘ≦１）（不定比組成のタンタル酸リチウム）、またはＫＴｉＯＰＯ4（チタン酸リン酸カリウム）の少なくとも１つを材料に含み、さらに、前記材料にＭｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｓｃ（スカンジウム）、またはＩｎ（インジウム）から選択される少なくとも１つを添加物として含有している、請求項８に記載の強誘電体デバイス。
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